罗庚 赖闻玲 陈小珺 陈娟
【摘 要】对高中生物学《遗传与进化》一次教学实施前后学生的前概念水平和概念转变情况进行调查分析,总结出前概念正确率、教学转变后正确率基本情况、前概念转变情况。并提出三点建议:将新旧知识建立联系,让学生进行有意义学习;采用多种教学方法,促进学生理解概念原理;让学生在运用概念的过程中巩固概念。
【关键词】高中生物学 《遗传与进化》 前概念 概念转变
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1002-3275(2023)15-66-04
一、问题的提出
前科学概念又称前概念,目前国内认同的前概念是指学习者在接受正式的科学教育之前,在现实生活中通过长期的经验积累与辨别式学习而获得的一些感性印象,积累的概括性和科学性的经验,包括科学、片面、不完整甚至完全错误的想法。在长期研究中发现,高中生关于生物学学科普遍具有不同的前概念,这些前概念在学习过程中会发生不同的变化,在教学中需要根据实际情况调整教学策略。摸清高中学生生物学前概念及其转变的情况,积极探索前概念转变策略,成为提高生物学概念教学效果的迫切需要,也是选考生物学的学生后期再提高的基础。
本文以江西省赣州三中为例,采用问卷调查法对2019年人教版高中生物学教材必修二《遗传与进化》中学生的前概念情况进行调查,并设计针对性的后测试卷,对部分前概念的一次转变情况进行调查分析。
二、研究方法
(一)前测问卷与后测试卷设计
根据高一学生的实际情况,从《遗传与进化》中筛选出16个重要概念进行前概念调查问卷的设计。问卷共16道题目,每题分为2部分,学生对某一题目做出选择后,再对自己的选择进行确定性评价,确定性评价分为肯定的、根据经验推测的、完全猜测的三个选项。再根据前测问卷编制后测试卷,由题目和选项组成。对于同一概念,有些后测题目和前测题目难度相当,有些后测题目相比前测题目情境更复杂、设问方式更灵活,前测处于识记和理解层面,后测则处于运用层面,前测问卷和后测试卷问题设计见表1。
(二)前测问卷的信度和效度分析
问卷编制完成,通过问卷星在网上发放调查问卷,共回收了85份问卷,利用SPSS 26.0进行信度和效度分析,结果如表2所示。
从表2可看出,问卷的Cronbach's Alpha系数大于0.9,说明问卷的内部一致性非常高;问卷的KMO检验结果超过0.6,Bartlett球形检验结果达到显著水平(P<0.05),说明问卷可以进行探索性因子分析。
(三)调查实施
2021年12月24日,调查人员在江西省赣州三中随机抽取了4个班发放前测问卷,发出150份问卷,回收146份问卷,有效问卷为143份,问卷有效率为97.9%。2022年7月3日,调查人员在赣州三中原抽样班级发放后测试卷,此时学生已经完成《遗传与进化》的学习,此次发出150份问卷,回收问卷140份,有效问卷125份,问卷有效率为89.3%。
(四)分析结果
在前概念的调查中,学生会出现猜测答案的情况,有时尽管答案是正确的,但并不代表学生已经掌握相关概念。答案正确但是完全依靠猜测或者推测,这类情况属于“缺乏知识”,只有答案正确且肯定的为正确前概念。用正确前概念比率代表前测的正确率和后测的正确率进行比较,分析概念的转变情况。
三、结果和分析
(一)前概念正确率和教学转变后正确率基本情况
《遗传与进化》前概念和转变基本情况如表3所示。16个概念的前概念正确率在7.34%到71.40%之间,其中,分离定律、减数分裂、同源染色体、相对性状、性染色体这5个前概念的正确率较高,达到了60%以上。人类遗传病、基因突变、物种、生殖隔离、种群、染色体变异、基因重组这7个前概念的正确率低于40%,而基因重组前概念的正确率只有7.34%。基因重组前概念正确率较低的原因可能如下:首先,掌握基因重组需要许多前期的概念(如分离定律、自由组合定律、基因突变)作为铺垫,如果学生对这些相关概念的理解是错误的、片面的,那么就会阻碍学生对基因重组的理解;其次,基因重组远离学生的生活,可能部分学生在新闻中听过这个名词,但是几乎没有了解过基因重组的内涵和外延。
一次教学后进行后测显示,概念的总体正确率高于前测,正确率在42.67%到76.00%之间,有11个概念的正確率超过了60%,只有基因重组的正确率低于50%。
(二)前概念转变情况及教学建议
经过一次教学后,不同的概念转变情况有所差异,大致可以分为以下两种情况:
1.错误思想难以有效转变的概念
如果学生在学习某个概念之前已经形成了错误的思想,那么很难通过一次教学得到转变,这类概念的转变情况又可以分为以下三种。
(1)一次教学后正确率下降幅度较大(见表3的A类型概念)。减数分裂和分离定律这2个概念的正确率在一次教学后下降了,究其原因,后测的题目对学生的要求不再停留在记忆层面,还要求学生能够运用概念解决问题。这种情况又分为两种类型,第一种类型是后测的题目相比前测难度有所增加,例如减数分裂在前测中考查体细胞和配子中染色体的数量,因为学生在初中已经学过精子和卵细胞的特点,所以部分学生通过回忆配子的特点可以直接得出配子中染色体的数量,而后测进一步考查减数分裂后配子中基因的分配情况,只有掌握了减数分裂的过程才能判断基因的分配情况,导致后测正确率有所下降。马栓在《高中生“遗传与进化”迷思概念的诊断及转变的研究》中研究了高一和高三学生的相关生物学迷思概念(与本文的前概念大致相同)转化情况,其中也包括减数分裂的概念。对比发现,高三学生经过多轮复习所以对概念的掌握程度更好,在马栓的研究中减数分裂的转变率显著高于本研究,这说明仅经过一次教学学生仍很难理解减数分裂。[1]如果仅让学生机械地记忆减数分裂的几个时期,那么一段时间后知识的留存率很低,因此建议教师在讲解减数分裂的过程中,引导学生思考染色体各种行为的原因以及各个时期排序的原因,并且和有丝分裂的过程进行对比,使学生的新旧经验产生联系。通过这些教学活动,让学生理解减数分裂过程的内在逻辑,从而有效记忆减数分裂的过程。第二种类型是学生在前测中虽然选择正确且肯定,但是实际上并没有理解概念,一旦涉及计算就会思维混乱,这说明学生并没有真正掌握概念。例如学生在初中已经接触过分离定律,前测只需要判断出亲本的基因型,而后测需要求出后代患病概率,一旦出现计算学生就会答错,可见学生还不能熟练地运用分离定律概念分析实际问题。建议教师在具有针对性的练习中让学生运用概念解决问题。
(2)一次教学后正确率变化不明显(见表3的B类型概念)。相对性状、同源染色体、受精作用这3个概念在前测和后测的正确率相差不大,說明这些前概念在学生的头脑中已经根深蒂固,很难发生转变。学生在初中接触过相对性状,在高中相对性状作为孟德尔两大遗传定律的重要术语。关于相对性状的考查中,前测考查的是人能卷舌和不能卷舌,在后测中考查的是人的红绿色盲和正常色觉。相对性状判断混乱这一情况表明学生并没有掌握概念的本质,因此建议教师多展示不同形式的例子,提炼概念的本质。在前测中,学生只需要知道同源染色体是成对存在的,而后测要求学生了解同源染色体的来源,即一条来自父方,一条来自母方。通过访谈发现,一部分学生对同源存在误解,认为同源指同一个亲本,建议教师教学时解释清楚同源的含义,及时消除学生可能存在的疑惑。在前测中,受精作用概念的考查内容为受精作用后体细胞的染色体数目,后测则考查子代细胞遗传物质的组成情况,可见后测难度显然提升,不仅要求学生知道受精作用中精子和卵细胞各提供一半的染色体,而且还要求学生了解遗传物质既存在于细胞核中,也存在于细胞质中,且受精卵的细胞质主要由卵细胞提供。马栓也调查了同源染色体、受精作用的正确率,对比发现,在马栓的研究中的高三学生对于同源染色体、受精作用的正确率提升不明显,说明增加复习次数并不能有效提升这些概念的正确率[2]。陈珊珊在研究中发现受精作用是学生较难理解的内容[3],这与本研究的研究结论一致。通过访谈得知,一部分学生认为只有染色体上存在遗传物质,另一部分学生认为受精作用只是精卵细胞通过细胞膜的融合形成一个新细胞,精细胞的全部细胞质都进入新细胞。建议教师在组织受精作用的模拟活动时,可以让学生错误的前概念充分暴露出来,再对症下药强调重点。
(3)一次教学后正确率有所提高,但正确率仍然较低(见表3的D类型概念)。基因重组、基因突变、种群、共同进化这4个概念经过一次教学后正确率虽然有所提升,但是最终正确率仍低于60%,未达到合格的教学效果,说明这些概念本身比较抽象,理解起来有一定的难度。基因重组在前测与后测中均考查的是基因突变与基因重组的区分,这一概念的前概念正确率最低,只有7.34%,后测只是更换了问题情境,正确率仍然较低,可见学生并未掌握基因重组和基因突变的本质区别。宋雪梅发现高三学生对基因重组理解的正确率较低,这说明进行多轮复习并不是使基因重组转变率提高的有效方法。[4]相同的问题情境更有利于学生对比区分两种变异,因此建议教师先设计一个贯穿基因突变和基因重组的问题情境,介绍这2种变异是如何发生的,再通过模型建构的活动提高学生对微观概念的感性认识,最后通过设计育种方案的活动巩固概念。经过一系列活动,在建构概念的同时帮助学生区分这2种变异。基因突变在前测和后测中考查的均是基因突变是否可以遗传,教师可以先结合实例讲解概念,再组织开展遗传咨询师角色扮演的活动,让学生运用所学知识,加深印象。种群前测和后测均考查的是种群的定义,由于学生容易望文生义,经常以为种群就是物种,或者忽略种群的社会属性,认为种群只是聚集在一起的物种相同的生物。建议教师举例对比帮助学生区分。共同进化前测考查的是动物之间竞争和捕食关系中的共同进化,后测考查的是人与病毒之间寄生关系中的共同进化,有些学生认为病毒毒性减弱、传染性增强与人类免疫力增强不属于共同进化,建议教师多展示不同的例子,避免学生思维僵化。
2.一次教学后转变为正确概念概率高的概念
容易转变为正确概念的相关概念及转变情况见表3的C类型概念。隐性性状、染色体变异、生殖隔离、人类遗传病、物种这5个概念在一次教学后,正确率都能达到60%以上。究其原因,隐性性状概念在初中首次出现,在高中主要作为分离定律和自由组合定律的重要术语被回顾,在分析遗传问题时进一步得到了巩固。教学前学生很难通过染色体变异和生殖隔离这两个名词推测出概念含义,但是大部分学生对相关的生物学现象并不陌生,教学后学生将这2个名词和熟悉的生物学现象联系起来,从而加深了对概念的理解。在学习概念前,学生容易混淆人类遗传病和先天性疾病、物种和种群这两对概念,经过教师的举例对比后大部分学生能顺利区分。因此,对于这部分概念,建议教师采用丰富的生活实例帮助学生理解概念。
四、结论
在所调查的《遗传与进化》的16个概念中,前概念正确率高于60%的概念有5个,低于40%的概念有7个,一次教学后概念的正确率总体高于教学前的正确率。其中,容易转变的概念有5个,难以转变的概念有9个。针对不同概念的转变情况,教师需要采用不同的策略进行教学,对于一次教学后容易转变的概念,教师应将概念与学生熟悉的生物学现象结合起来,使新旧知识建立联系,让学生进行有意义的学习。对于一次教学后难以转变的概念,一方面教师需要用类比、举例和直观教具等方法解释概念的原理,另一方面教师应该让学生运用科学概念解决问题,通过输出知识来巩固科学概念。在分析学生前概念转变情况的基础上调整教学策略,能更有效地提高课堂效率。
【参考文献】
[1]马栓.高中生“遗传与进化”迷思概念的诊断及转变的研究[D].西安:陕西师范大学,2018:40.
[2]同[1].
[3]陈珊珊.高中生物学“遗传”版块迷思概念探查及其转变研究[D].成都:四川师范大学,2021:42.
[4]宋雪梅.高中生生物学继发性前概念的调查与转变研究:以“基因突变及其他变异”为例[D].兰州:西北师范大学,2022:25.